多酰胺类成核剂对生物降解聚酯PBA的多晶型结构、晶体形貌及性能的影响

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聚己二酸丁二醇酯[Poly(1,4-butylene adipate)PBA]是一种典型的线性脂肪族聚酯材料,其共聚物聚(丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯)P(BS-BA)和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯P(BA-BT)在医用材料、环保及农用塑料薄膜等方面应用广泛。PBA具有α晶体和β晶体这两种晶型结构,是具有温度依存性的多晶型聚酯。其熔融结晶温度从低到高,依次呈现β晶型、(α+β)晶型混合物和α晶型。不同的晶型结构有不同的晶体形貌。α和β晶型的晶体形貌是无环带的Maltese-cross球晶形貌,(α+β)晶型混合物的晶体形貌是环带球晶。α晶型比β晶型的晶胞尺寸大,结晶度高,热稳定性能好,但对应的生物降解速率更快,呈现环带球晶形貌的(α+β)晶型混合物生物降解速率最慢。可以推断,PBA的性能(热稳定性能和生物降解性能)与其多晶型结构,晶体形貌密切相关。因此,通过改变PBA的晶体形貌及多晶型结构来调控其性能是一种行之有效的方法。由于成核剂实验效果明显,材料耗费少,生产成本低,周期短,同时在之前的研究中,多酰胺类成核剂部分或全部溶于聚乳酸(PLA)中进一步结晶且熔融过程中发生自组装,大大提高了结晶温度,加快了结晶速率,并且酰胺键(O=C-N-H)和PLA的氢键之间相互作用形成了针型,锥型及串晶等特殊的晶体,增强了PLA的热稳定性,因此本论文选用三种多酰胺类成核剂(EDPO、DMC-DBH、TMC-328)通过研究PBA晶体形貌、多晶型结构、结晶行为,从而调控PBA的热稳定性能和生物降解性能,具体实验结果如下:(1)多酰胺类成核剂显著加快了PBA的结晶速率,提高了结晶温度;球晶尺寸减小,密度变大。证实了多酰胺类成核剂优良的成核作用。成核剂有利于α晶型的形成,并加快了β→α的相转变速率。这主要是因为成核剂和PBA-α晶胞的晶格能相互匹配,使PBA附生在成核剂表面生长;这是由于当加入成核剂后形成较大的温度差(Ta-Tc,e),这为加速PBA的β→α晶型的转变提供了更多的能量。在特定的annealing温度下积累的能量是实现相变的主要驱动力。PBA的β→α晶型结构的转变不仅改变了α、β晶格的尺寸,同时也涉及到了分子链的调整与重排。(2)EDPO和TMC-328这两种成核剂的加入使PBA的热稳定性能大大提高。成核剂和PBA之间有氢键相互作用、含氮的成核剂高温降解之后产生的不可燃气体、PBA热降解产生的气体对不可燃气体的稀释、耐热性能较高,导热性能较差的炭层对热量的保护作用以及EDPO与PBA之间形成的特殊的砖墙封锁结构大大提升了PBA的热降解温度。(3)多酰胺类成核剂不利于PBA的生物降解性能。这是因为成核剂提高了PBA的结晶度,且成核剂对PBA分子与酯酶分子的接触有阻碍作用。
摘要第4-5页
abstract第5-6页
第一章 绪论第9-20页
    1.1 选题背景及意义第9-10页
    1.2 PBA概述第10-15页
        1.2.1 PBA化学结构第10-11页
        1.2.2 PBA的多晶型结构及其温度依存性第11页
        1.2.3 PBA多重熔融行为及热诱导多晶型相转换现象第11-13页
        1.2.4 PBA的多晶形貌、相转变与熔融行为之间的关系第13-14页
        1.2.5 PBA多晶-性能(生物降解性)的关系第14-15页
    1.3 成核剂的定义第15-18页
        1.3.1 成核剂作用第15页
        1.3.2 成核剂对复合材料的影响第15页
        1.3.3 成核剂的选择第15-18页
        1.3.4 成核结晶作用机理第18页
    1.4 选题研究内容第18-20页
第二章 实验部分第20-24页
    2.1 原料及样品制备第20-21页
        2.2.1 原料第20页
        2.2.2 样品制备第20-21页
    2.2 PBA复合材料表征第21-24页
        2.2.1 结晶行为实验第21-22页
        2.2.2 晶体形貌实验第22页
        2.2.3 化学结构实验第22页
        2.2.4 生物降解性实验第22-23页
        2.2.5 热稳定性实验第23-24页
第三章 结果与讨论第24-60页
    3.1 PBA/EDPO实验结果分析第24-36页
        3.1.1.非等温结晶行为第24-25页
        3.1.2.等温结晶行为第25-27页
        3.1.3.晶体形貌第27-29页
        3.1.4.多晶型结构第29-31页
        3.1.5.相转变行为第31-32页
        3.1.6.傅里叶红外光谱第32-34页
        3.1.7.热降解行为第34-35页
        3.1.8.小结第35-36页
    3.2 PBA/DMC-DBH实验结果分析第36-47页
        3.2.1.非等温结晶行为第36-37页
        3.2.2.等温结晶行为第37-39页
        3.2.3.晶体形貌第39-40页
        3.2.4.多晶型结构第40-42页
        3.2.5.相转变行为第42-43页
        3.2.6.傅里叶红外光谱第43-44页
        3.2.7.生物降解行为第44-46页
        3.2.8.小结第46-47页
    3.3 PBA/TMC-328实验结果分析第47-60页
        3.3.1.非等温结晶行为第47-49页
        3.3.2.等温结晶行为第49-51页
        3.3.3.晶体形貌第51-52页
        3.3.4.多晶型结构第52-53页
        3.3.5.相转变行为多晶型结构第53-54页
        3.3.6.傅里叶红外光谱第54-55页
        3.3.7.热降解行为第55-56页
        3.3.8.生物降解行为第56-58页
        3.3.9.小结第58-60页
第四章 结论与展望第60-62页
    4.1.结论第60-61页
    4.2.展望第61-62页
参考文献第62-66页
发表论文和科研情况说明第66-67页
致谢第67页
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